探析高分子材料工程的应用与发展

探析高分子材料工程的应用与发展

付佳诚

重庆交通大学  重庆  400074

摘要:高分子材料的诸多优越性能，使它在工程建设领域得到了越来越多的推广和使用。为了更好地节省能源资源，打造绿色环保建筑，高分子材料在工程中得到了进一步应用和发展。笔者重点论述了直接节能型高分子材料、间接节能型高分子材料、功能性节能或储能高分子材料在建筑工程中的应用，预测了它在该领域的发展前景。

关键词:高分子材料;工程应用;发展趋势

科技的快速进步催生了品种众多的高分子材料，其功能与性能的指标范围都非常宽泛。作为工程建筑领域使用的结构材料，它们的比强高、密度轻、具有较好的加工性、耐腐蚀、易于加工成形，能够制作成形状复杂的零部件、具有较高的摩擦性能，容易满足各种摩擦条件的需要;具有可染色性、减震性、密封性与绝缘性等多种特征。

1.高分子材料的优越性和局限性

1.1高分子材料的优越性

与其他材料相比，高分子材料显现出了其他材料无法比拟的优势。①高分子材料的强度较其他材料尤为凸显，高分子材料具有强大的抗断裂能力，在承受外力破坏时，其内部高分子主链以及分子之间能够承载巨大压力，其内部构造的特殊性塑造了高分子材料的优势，在实际运用中具体体现在强大抗磨损能力。②高分子材料的耐腐蚀性也是其优势之一。很多材料在高温、高应力、氧、酸等的作用下，其腐蚀程度就会加剧，影响加工品的使用感受。而高分子材料其最高使用温度高达86℃，基本能够满足现实中大部分的环境需求，其针对于氧、酸、光照等的抗腐蚀能力较强，与其他材料的性质相比，在现实生活使用中，更能够发挥其功能优势。③高分子材料的应用种类多种多样，质地轻便，而其他传统化学材料与之相比显得更加单一、笨重，所以，高分子材料更能够跟上时代的脚步满足各行各业多元化的发展需求，结合技术与实验，为各产业发展提供有力支持。

1.2高分子材料的局限性

随着我国经济文化不断发展进步，国内各行各业对于高分子材料的需求量越来越大，功能标准要求也越来越高。但是，我国高分子材料的制作工艺依旧处于落后状态，不能够满足现代行业对于高分子材料的需求，造成了供不应求的局面。另外，高分子材料被广泛运用在军事行业、医疗行业中，这些行业要求其采用高分子材料制作更加严谨精密。由于我国的制作技术达不到行业要求标准，为了解决问题，我国采用对外进口一些对技术要求较高的高分子材料，这对于我国的经济也会带来不小的冲击，影响我国经济快速发展。

2.高分子材料在工程建筑中的运用状况

2.1直接节能型高分子材料

这种材料可以用作建筑外墙的结构保温涂料或者材料，具有较强的保温效果，而且还具备了良好的防火、防水性能，具有优良的化学稳定性，较低的膨胀率与较长的使用寿命等多种性能。经常被用作建筑外墙的若干保温高分子材料如下所示:酚醛树脂聚氨酯与高分子包覆的有关相变复合材料。它们既能够有效地满足建筑工程的安全性能与保温效果，又便于施工等。再者，硬质聚氨酯泡沫塑料的闭孔率超过了90%，孔洞中充满了一氟二氯乙烷与二氧化碳等，发泡剂，它们的导热率都比较低。在完成了现场喷涂聚氨酯后，通常情况下导热率维持在0．020W/(m·K)，即便老化以后，它的导热率仍然比较稳定，大致处于0．023W/(m·K)的水平，它的保温效果在很大程度上超过了其他材料。聚氨酯材料的疏水性能非常出色，它具有较高的闭孔率，水分不容易进入到材料内部中，防水性能非常优异，能够预防材料遇水膨胀的问题，可以确保它拥有稳定的尺寸。这种材料的黏附性能十分优越，它和纤维板、胶合板、木板、混凝土、金属板等材料的黏附强度，在很大程度上超过了聚氨酯泡沫材料的实际撕裂强度。在在建筑工程的施工过程中，便于操作，不要求非常严格的施工环境。

2.2间接节能型高分子材料

此类材料能够减少高分子材料所需要的生产成本，切实增加材料本身的使用寿命等，以节约能源资源，提升以往的高分子材料的化学稳定性、耐水性、加工性、抗菌性、耐老化性等，以实现节能木板。以纳米氧化锌、纳米二氧化钛与纳米银复合而成的高分子杂化材料，和末端为吡啶盐烷烃长支链、季磷盐、季铵盐的高分子材料，具有较强的抗菌性能。此类材料会被用做外墙、管道、内墙所需要达到涂料，在湿度较大的条件下，能够显著地改进材料易于霉变的状况，切实增加它的使用寿命。压缩材料的实际成型时间，或削减材料成型所需要的条件，这些都输间接性地减少能耗的手段之一，紫外光固化的相关涂料具有较快的固化速度，而且具有优良的稳定性、光学、力学性能，因此这种高分子材料具有非常广泛的应用前景。

2.3功能性节能或储能高分子材料

此类高分子材料运用在建筑工程中，主要是热致变色型高分子材料与聚合物太阳能电池。前者对温度非常敏感，是非常具有代表性的功能性节能材料，重点用来制作建筑物的外墙与屋顶的涂料。后者是把光能转换为电能，而且将这些电脑储存起来，能够为室内提供充足的电力支持，能够用在玻璃、外墙、屋顶等多个领域。最近若干年来，聚合物太阳能电池持续地提升了光电的实际转换效率，澳大利亚的相关设计师与2014年设计出了绿叶型聚合物太阳能电池，它的光电转换效率业已超过了11．00%，而且便于人们使用此类太阳能电池，只要它被贴在房间的玻璃窗，就能够储存一定数量的电能，为室内用电提供支持，在很大程度上促进了这类电池运用在建筑工程方面的进展。作为热致变色高分子材料，聚N-异丙基丙烯酰胺的相转变温度大致达到了31．5℃。在低于相转变温度的情况下，其内部氢键的密度超过了范德华力的相关密度，聚合物呈现出黑色;在温度超过相转变温度后，其内部氢键循序渐进地变成了范德华力，其聚合物呈现为白色。把这种高分子材料用作外墙涂料或者屋顶材料时，冬天温度较低的情况下显示为黑色，有利于建筑物吸收更多的热量，发挥良好的保温作用。夏天温度较高时，显示为白色，有利于建筑物强化自身的表面热量反射，实现了降温的目的。和没有采用此类涂料的相关建筑物比较，冬天时此类节能型建筑的室内温度大致提高了2℃，夏天室内温度大致降低了1℃，在很大程度上削减了冬天室内供暖与夏天制冷需要的能量损耗。

3.高分子材料在工程建筑中的发展趋势

人们对工作环境与居住环境提出了越来越高的要求，因此应该结合上述要求，持续地改进和研发高分子技术，制造出更高性能的高分子材料。要设计出有利于优化设计，提升建筑施工效果的高分子材料。持续地完善高分子材料的具体运用方法，打造产学研与建筑实务一体化的高分子材料运用研究体系。努力地培养高质量的高分子材料专业人才，设计出能够运用到建筑工程诸多领域的此类材料，而不能只局限于室内设计与粉刷涂漆方面。还要结合国内外建筑行业的最新发展趋势，有针对性地创新高分子材料，要结合建筑工程的具体情况，搭配个性化、针对性的高分子材料，充分地利用室内外空间。

参考文献

[1]何晓夏，杨海潮，王童，等.车用绿色生物材料现状及未来发展趋势[J].汽车文摘，2021（10）：31-35.

[2]陈鹏翔.高分子化工材料的应用现状及发展趋势探析[J].当代化工研究，2021（17）：15-16.